水库除险加固水文水利计算成果的几点思考

摘 要 本文以板桥河水库为例，对其进行除险加固的原因进行了介绍。对流域洪水资料的代表性问题，多年来流域平均流量因增长的径流系列而减小的原因进行的讨论，对该水库的除险加固水文水利计划成果的可行性，进行了证实。 
关键词 平均径流量；除险加固；洪水分析；水文水利计算成果 
　　本文以板桥河水库为例，板桥河水库是一项以农业灌溉为主，兼顾城镇生活供水的中型水利工程，1957年12月开工建设，1959年3月竣工投入运行。根据灌溉用水不断增加的需要，曾先后于1963、1978、1987年三次进行加固扩，总库容已达7940.0万m3。 
　　1 相关研究的发展状况 
　　随着人类水事活动的增加以及社会经济的发展，在获取了最大化的经济效益的同时，人们也越来越关注其所承受的风险。水利工程投资大，工程艰巨，工期长，项目技术复杂，不可避免的在建设和管理过程中会受到很多不确定因素的影响，比如说，防护区内的经济发展水平，防洪效益的大小、洪水的频率以及财产的增长率等等。这些随机的因素都可以让工程项目的预期值和经济效果产生一定的误差，也就是说存在这经济效益方面的风险。 
　　风险决策或者是风险分析的结论，与在进行经济风险分析时所采用的方法有着直接的关系。在这一方面有不少学者进行了相关讨论，也得出了一些比较有益的结论。随着熵理论和矩分析方法的日渐完善，近年来，有学者将风险评估和概率论、信息熵结合了起来，构建了最大的熵风险评估模型。 
　　与新建水库工程相比水库除险加固项目有所不同，与续建、扩建、改建项目虽有类似，但实质上也是存在着一定差异的，所以其总体效益难以按建设阶段划分， 其经济评价有一定的特殊性按照增值投资对应增值效益对水库除险加固项目进行经济评价是非常困难的，所以，一般来说水库的除险加固项目一般只能够按照全部产出和全部投入进行整体经济评价。在国民经济评价的过程中，在项目的投入部分要把水库的除险加固建设期离析和投资计算在内。而在产出的效益当中，不仅要考虑直接的经济效益，对于消除工程安全隐患等所间接获取的经济效益也要进行考虑。 
　　社会效益以及其他经济效益是除险加固工程的主要效益。如果谁能够有效地对洪水进行控制，那么水库所产生的主要效益就是防洪效益，其通过消除灾害间接的带来了效益，并不是水库直接创造的财富，其主要体现在加固后提高了防洪的标准。对于水库的防洪效益，目前一般采用频率分析法进行计算，也就是通过对除险加固前后水库所发生的同频率洪水所造成的下游淹没损失情况进行比较。而其他经济效益主要包括，初估增加的蓄水量及因此而增加的灌溉、发电、防洪、供水等相关效益。 
　　在工程使用期内，工程效益分析会设计到洪水随机组合所产生的不确定性问题。当前的水利工程经济评价，没有考虑到众多因素的随机性和市场的变化，所采用资金的时间价值的静态分析。 
　　与水库建设项目的风险评估过程相比，水库除险加固工程风险评估过程基本相同。但是因为很多病险水库缺乏资金和相关的基础资料，要想和新建水库一样拥有详细的资料进行风险评估的具体分析是不可能的。所以，构建一套简化的、便于推广和操作的风险评估体系，是具有非常重要的实际意义和理论意义的。当前，对于水库除险加固效益的风险评估研究，我国仍处于探索的阶段。 
　　2 问题的提出 
　　本文案例水库坝因1956年底兴建拦河坝后，河段为人工渠道，较为顺直，长为200m，河床为红粘土土壤较为稳定。板桥河水库位于板桥河下游，板桥河属珠江流域南盘江水系甸溪河三级支流，发源于师宗县鸭子塘山一带，河流自东北向西南穿谷渲泄而下进入板桥河水库。水库坝址以上本区控制径流面积107.6km2，主河道长26.0km，河道平均坡降6.264‰，流域自东北向西南倾斜，呈狭长形分布，流域平均宽度仅3.1km，其形状系数0.12。河流水系发育单一，属中山地貌，地形变化不大，谷岭相差也不大。径流区植被较好，多为云南松，林间有灌木杂草，人类活动影响主要集中于下游河谷一带。但是坝脚局部在库水位达到正常高水位时形成了流土和管涌，虽然多次对这一隐患进行了处理，但是并没有得到根本上的解决，造成了水库的运行只能在低水位，这给防汛工作带来很大压力，也为水库效益的正常发挥带来了巨大的影响，对下游的耕地以及人口的安全造成了严重的威胁。此外，该水库溢洪道、土坝均属于二等建筑物，该水库防洪标准根据现行规范应该为五千年校核、百年设计，实际没能达到防洪标准要求，因此必须进行除险加固。在除险加固设计中水库的水文水利计算，遇到了以下两个主要问题：一是洪水资料的缺乏代表性，以此为基础所推求的设计成果缺乏可靠性，必须要进行进一步的合理性分析；而是原设计值与多年平均径流量相差较大。 
　　3 多年平均径流量 
　　该水库原有设计所采用的是1969年～1999年的径流系列资料，多年平均径流量为1.37亿m3。本次加固设计中为30年的径流系列资料，多年径流量减少了18.2%以上，少了0.25亿m3，为1.12亿m3，这是必须要首先进行澄清的一个重要问题。 
　　累积均值曲线按照实测径流系列资料进行了绘制。通过曲线图我们得出，均值随着径流量系列的增加更趋于稳定。通过实测径流系列资料所绘制的累积曲线，我们得知该系列资料有枯水段，也有丰水段。同时对降雨量也进行了比较，由于本河流域没有气象站，因此只有板桥河水文站拥有一部分降水资料，水库附近的水文站拥有30年降雨资料。1990年以后，水库加强了水文资料的观测，水位、出流量、降水量、E601蒸发量观测资料齐全，精度较高，且经省水文水资源局汇编可供使用。根据1990年至1999年水库水文资料，还原入库径流量系列。1990年至1999年期间的入库径流量系列包含了竹箐河水库蓄水，矣维隧洞引水量的影响，所受人类活动影响程度基本相同，资料的一致性较好。从以上两点的分析我们可以得出，本次除险加固设计成果具有可靠性，径流系列资料非常具有代表性，原有的设计则因为系列短，缺乏一定的代表性，因此具有较大差距的成果。 　　

       4 洪水方面分析 
　　在本次的水库除险加固中，洪水的计算系列资料从1974-1999年共为20多年，其中1998、1982年为历史洪水年，通过洪水调查得知相关数据。从理论频率曲线以及经验频率曲线计算成果分析，该水库的洪水资料虽然有20余年，但是大型洪水资料相对较少，百年中只有1980年一年的洪水资料，并且还是通过相关的洪水调查得到了资料，所以推球的频率曲线误差较大，具有较大的随意性。为了进一步证实本次计算成果的合理性，对流域内的各种因素相互影响关系，根据水文气象要素具有的地区上分布规律的相应特点，并且通过对气象成因以及暴雨的特性进行分析得出，珠江流域、南盘江水系、甸溪河天气系统以及地貌基本相似，暴雨特征基本一致，各河流之间无高山阻隔，因此珠江流域、南盘水系、甸溪河等地理性质基本相似的相邻河流有关的设计7d资料、洪水进行了综合性分析，点绘出了lgW7-lgA，lgQp-lgA关系曲线。洪水在此地区分布从曲线上看具有一定规律性，本次的设计成果与这一规律符合，所以，我们可以认为该成果是合理的。 
　　在对水库进行除险加固工程时，会受到很多不良因素的影响，这些影响在加固建设时是不可避免的，是必须要遇到的。如防洪的大小、加固时洪水的发生频率，进行防洪建设的区域经济情况等因素，这些因素对水库除险加固工程的建设影响非常大。这些随机性较强的因素随时都可以对防洪除险工程的预期值产生影响，会出现与预期值偏离的现象，这种现象被称为经济效益风险。传统模式下对经济进行评价时，没有对这些随机事件进行考虑，只是对效益与费用的平均值进行分析，这边使得传统模式下的经济评价出现误差，从而影响了最终的工程效益。 
　　对于目前的水库除险加固经济效益分析，还没有一个完整的系统，本文只是对当前的水库除险加固经济效益评价方法进行简单的分析与介绍。通过对经济方面的资料整理，将相关的风险分析理论应用在水库的除险加固经济效益分析上，因而构建了相应的关于水库风险加固经济效益的功能函数，最终达到对水库除险加固效益的评估模型的建立。此模型的建立，对提高水库风险加固决策的准确性与科学性，确保工程投资企业的利益，使得工程完工后的效益值与预计值的误差最小。 
　　5 结论 
　　综上所述，水文水利进行计算时，所采用的方式是统计原理和方法，通过统计原理对洪水流径进行计算，从而获得了洪水的变化规律。从理论上分析，若对实测资料进行延长处理，那么推求出的结果将会越准确，越切合实际。但是在实际情况中，所能观测到、分析到的资料是有限的，所以资料的长短是不可以人为的，是相对的，并且伴着一些随机的事件发生，所观测到的水文资料是否能够作为工程的参考，是否符合实际的工程情况，要通过分析、审核、调整等工序对其进行整理，最后符合实际情况，为水利工程的设计提供一个可靠的资料。 
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